Aliran Materi dan Energi dalam Ekosistem

Terjemahan dari :“Matter and Energy Flows in Ecosystem”

Dalam buku : From Ecosystem to Biosphere

Part III Chapter 11

Diterjemahkan oleh : Hadisti Nur Aini (P052110161)

Ekosistem dan Fungsinya

Salah satu fungsi dasar dari ekosistem adalah memproduksi materi organik sumber kehidupan (yang dilakukan oleh organisme autotrof)

Materi organik tersebut terdiri dari energi yang akan digunakan dan diuraikan oleh organisme konsumen (heterotrof) dalam jaring makanan

Ekologi ekosistem mempelajari tentang perpindahan, perubahan, dan akumulasi

materi dan energi melalui makhluk hidup dan aktivitasnya (Evans, 1956)

Penelitian Lindeman (1942)

pendekatan trofodinamik pertama untuk ekologi mengusulkan kalori sebagai unit umum memungkinkan kita untuk mempelajari dan

membandingkan produktivitas ekosistem sambil memperkenalkan konsep transfer materi, energi, dan energi hasil perwujudan dari banyak ide yang diajukan oleh para

ahli ekologi pada saat itu

Pendekatan trofodinamik mencapai puncaknya dengan adanya International Biological Programme, objek utama yang digunakan

untuk mempelajari produktivitas dan membandingkan aliran materi dan energi pada ekosistem yang berbeda untuk memperoleh aturan dasar

dari fungsi ekosistem tersebut.

SIKLUS MATERI DAN ALIRAN ENERGIBerdasarkan teori : mineral hampir tidak dapat dimusnahkan,

mineral tersebut secara konstan terus berputar di dalam ekosistem membentuk

sebuah siklus

“materi didaur ulang secara menyeluruh dalam ekosistem sedangkan energi hanya dapat melewatinya”

ditentang oleh Patten et al. (1997) : setidaknya sebagian energi didaur ulang bersama materi dalam bentuk energi sisa yang tergabung dalam rantai kimia bahan organik

Energi dan materi dalam ekosistem ditransfer terutama melewati rantai makanan. Pada setiap tingkatan trofik, bagian

tertentu dari energi didisipasikan dalam bentuk panas.

Setiap sel atau organisme memiliki siklusnya sendiri untuk mendapatkan energi

Energi tersebut akan disimpan dan digunakan untuk pemeliharaan, reproduksi, dan fungsi lainnya

Patten et al. (1997) : energi mengalir ke bawah dalam jaring makanan

Pada level fisiologis, sintesis organik atau anabolisme dimungkinkan dengan adanya pemasukan energi

Pada level organisme dan komunitas, disipasi materi dan energi adalah hasil dari pernapasan, ekskresi, dan kematian yang disebabkan oleh predator atau tua

Intensitas fisiologi dikontrol oleh Hukum Q10 yang sudah dikenal menyatakan bahwa aktivitas fisiologi

berlipat ketika temperature meningkat per 10°C. Namun hubungan linier ini hanya berlaku saat batas temperatur sesuai dengan temperature kehidupan

organisme yang bersangkutan dimana mereka dapat beradaptasi dengan baik

DAYA PRODUKSI DAN HASIL EKOSISTEM

Materi dan energi tersimpan dalam biomassa, yang merupakan jumlah dari materi organik hidup yang

tersedia pada saat tertentu, dalam kaitannya dengan unit area (m2 atau ha) atau volume (m3)

Biomassa adalah hasil dari keseimbangan antara dua aliran, yang pertama adalah produksi dan yang kedua adalah predasi dan kematian

dinyatakan sebagai berat segar atau berat kering (dikonversi ke dalam satuan kalori)

Produksi memastikan pergantian biomassa yang dikonsumsi atau yang sudah mati

produksi merupakan jumlah total bahan organik yang baru disintesis dan dihasilkan oleh biomassa yang diberikan selama

periode waktu tertentu

ProduksiPrimer

Sekunder

Produktifitas = P/B

yaitu rasio antara produksi dan biomassa dalam lingkungan, untuk setiap satuan waktu

PRODUKSI PRIMER

hak khusus bagi organisme autotrof

Sebagian besar biomassa di permukaan bumi terdiri dari tumbuhan (99.9% dalam berat) (Whittaker, 1975)

akumulasi energi di tanaman hijau yang berasal dari matahari

Dua prinsip mekanisme yang terkenal

Fotosintesis

Kemosintesis

PRODUKSI SEKUNDER

energi yang disimpan oleh organisme heterotrof yang berasal dari materi hidup tumbuhan atau

hewan

organisme heterotrof menggunakan energi yang diakumulasi oleh organismee autotrofik secara

langsung (herbivora) atau tidak langsung (karnivora, detritifor, pengurai)

Laju Perputaran Biomassaada hubungan positif antara tingkat perputaran dan ukuran individu: spesies yang lebih kecil, akan lebih pendek siklus biologisnya, dan lebih cepat pergantiannya

Piramida Ekologi Ahli ekologi menyusun piramida

berdasarkan jumlah (kelimpahan numerik dari individu-individu dari tingkat trofik), biomasa, dan / atau energi Bagian dasar piramida terdiri

dari produsen primer, dan karnivora berada di bagian paling atas

Perhitungan & Perkiraan Energienergi potensial yang tersedia, satu bagian masuk ke dalam tubuh (I) dan sebagian besar yang lain tidak digunakan (NU)

energi yang dikonsumsi tidak diasimilasikan (NA) dan akan dikeluarkan dalam bentuk feses

energi asimilasi (A) akan didisipasikan oleh respirasi (R) untuk pemeliharaan metabolisme, untuk pertumbuhan individu (P), dan disimpan dalam massa tubuh.

Energi yang mengalir sama dengan makanan yang diasimilasikan dirumuskan : A = I - NA Produksi biologis (P) konsumen sama dengan energi asimilasi

dikurangi respirasi organisme : A = P + R

Perhitungan & Perkiraan Energi

Keseimbangan energi: proses yang berbeda dalam proses pembuangan energi selama transfer, di setiap individu

Tingkatan Trofik

Produsen Utama = Organisme Autrotrof

Konsumen = Organisme Heterotrof (Herbivora, Karnivora, Omnivora)

Pengurai = Jamur, Bakteri (Mikroorganisme)

Rantai dan Jaring-jaring MakananDiagram aliran materi atau energi antar tingkat trofik yang berbeda, dari produsen autotrofik ke konsumen akhir. Ini adalah karikatur alam yang menggambarkan secara sederhana siapa memakan siapa (Pimm, 1982)

Teori jaring makanan didasarkan pada adanya beberapa interaksi antar spesies, baik dalam hubungan memakan dan dimakan atau dalam hubungan kompetisi untuk sumber daya yang sama

Jaring makanan berdasarkan habitat makan ikan di perairan bebas terhadap serangga darat di Danau Chad

Jaring Makanan Autotrof dan Pengurai

Rantai makanan autotrofik atau asal usul detritus dalam sebuah sistem perairan

Generalisasi Tentang Jaring Makanan

Loop jarang terjadi

Rantai makanan umumnya pendek

Omnivora secara umum langka

Panjang rantai makanan tidak jauh berbeda dalam ekosistem yang memiliki tingkat produktivitas yang berbeda

Rantai akan rusak di zona yang sering terjadi gangguan

Proporsi terminal predator, spesies perantara, dan spesies autotrofik relatif konstan

Connectance

Kompleksitas jaring, terkait dengan adanya sejumlah besar spesies yang berinteraksi. Hal ini didasarkan pada hipotesis

bahwa banyak interaksi antar spesies yang berlebihan, sehingga mereka dapat menggantikan satu sama lain,

Connectance adalah rasio antara jumlah ikatan trofik yang ada antara spesies yang berbeda dalam jaring makanan dengan jumlah teoritis maksimum yang mungkin. Jika S

adalah jumlah spesies dan L jumlah hubungan antara spesies, C connectance didefinisikan sebagai berikut: C = L/S2

Peran Mikroorganismee dalam Sistem Pelagis Perkembangan terbaru menunjukkan bahwa transformasi paling

mendasar pada titik asal aliran energi dan materi dalam ekosistem berasal dari mikroba

Perputaran (Loop) Mikroba

Jalur nutrisi dalam ekosistem perairan. (A) Dalam rantai makanan dengan struktur vertikal. (B) Siklus nutrisi oleh mikroba di dasar rantai makanan (dimodifikasi dari Stone

dan Weisburg, 1492).

Perputaran mikroba menjaga nutrisi tetap ada di dalam sistem, sambil

membuat nutrisi tetap tersedia terus-menerus untuk fitoplankton

Peranan Virus Studi terbaru telah menunjukkan bahwa lisisnya sel oleh infeksi virus

mungkin merupakan proses penting dalam produksi bahan organik terlarut di habitat pelagis. Pada kenyataannya, virus adalah salah satu dari kelompok yang

paling melimpah di lautan (Fuhrman dan suttle, 1993)

TEORI PENGENDALIAN FUNGSI EKOSISTEM MELALUI JARING MAKANANBottom Up

Mengacu pada struktur vertikal dari rantai makanan, dan sangat dipengaruhi oleh hipotesis

kompetisi antarspesies, ahli ekologi telah beranggapan bahwa persaingan antara produsen

utama dalam penggunaan nutrisi memainkan peran utama dalam regulasi populasi

teori kontrol komunitas oleh sumber daya, atau kontrol dari bawah ke atas

Top Down

fungsi dari ekosistem sangat dibatasi oleh predasi yang diberikan oleh tingkat yang lebih tinggi pada

tingkat trofik yang lebih rendah (kontrol dari atas ke bawah)

Salah satu konsekuensi dari banyak hubungan dalam jaring makanan : prinsip interaksi bertingkat, predasi memberikan

sebuah efek langsung terhadap mangsa dan efek tidak langsung pada tingkat trofik lainnya yang lebih rendah

(Carpenter et al, 1985.)

Penelitian pada lingkungan danau telah menunjukkan bahwa faktor top down dan bottom up masing-masing menjelaskan sekitar 50% dari keragaman biomassa, yaitu bahwa biomassa fitoplankton dan

produksinya dikendalikan secara berimbang oleh nutrisi dan rantai makanan

(Carpenter et al., 1991).

Teori Kaskade Trofik

Konsep trofik bertingkat muncul dari manajemen perikanan dalam lingkungan danau: dalam sistem dengan empat tingkat trofik, misalnya (ikan pemakan ikan, ikan

pemakan zooplankton, zooplankton herbivora, fitoplankton), peningkatan biomassa pemakan ikan akan

memiliki konsekuensi pada semua tingkatan rantai makanan di bawahnya

Dengan menambahkan atau menghapus beberapa

predator kita dapat mempengaruhi dinamika keseluruhan dari sistem (Carpenter et al., 1985).

Arus Energi Melalui Ukuran Kelompok Pada sebuah Komunitas

ukuran dari suatu organisme merupakan parameter ekologi penting yang menentukan sebagian besar kegiatan dilakukan organisme dalam ekosistem

Hipotesis dari "model bertingkat" dimulai dari prinsip bahwa spesies dapat diklasifikasikan

sebelumnya dalam sistem hierarki (atau dalam kaskade) sehingga dapat mengkonsumsi spesies-spesies hanya dari tingkat yang lebih rendah dan hanya dapat dikonsumsi oleh spesies dari tingkat

yang lebih tinggi

TERIMA KASIH

Perbedaan Siklus Materi dengan Siklus Energi

Siklus energi ini diawali dari energi matahari yang ditangkap oleh produsen, kemudian terus berputar tiada henti pada konsumen dan semua komponen ekosistem yang. hal ini karena menurut hukum termodinamika bahwa energi dapat berubah bentuk, tidak dapat dimusnahkan serta diciptakan. Perubahan bentuk energi inn dikenal dengan istilah transformasi energi.

Siklus materi lebih ditekankan pada perputaran materi yang terjadi diantara komponen ekosistem. Materi yang menyusun tubuh organisme berasal dari bumi. Materi yang berupa unsur unsur terdapat dalam senyawa kimia yang merupakan Materi dasar makhluk hidup dan tak hidup. Materi itu antara lain siklus air, siklus oksigen, siklus karbon, siklus nitrogen, dan siklus sulfursiklus materi dibedakan atas dua tipe, yaitu tipe gas dan tipe sidimeter.

Rantai MakananRantai makanan adalah pengalihan energi dari sumbernya dalam tumbuhan melalui sederetan organisme yang makan dan yang dimakan. Para ilmuwan ekologi mengenal tiga macam rantai pokok, yaitu rantai pemangsa, rantai parasit, dan rantai saprofit. 1. Rantai PemangsaRantai pemangsa landasan utamanya adalah tumbuhan hijau sebagai produsen. Rantai pemangsa dimulai dari hewan yang bersifat herbivora sebagai konsumen I, dilanjutkan dengan hewan karnivora yang memangsa herbivora sebagai konsumen ke-2 dan berakhir pada hewan pemangsa karnivora maupun herbivora sebagai konsumen ke-3.2. Rantai ParasitRantai parasit dimulai dari organisme besar hingga organisme yang hidup sebagai parasit. Contoh organisme parasit antara lain cacing, bakteri, dan benalu.3. Rantai SaprofitRantai saprofit dimulai dari organisme mati ke jasad pengurai. Misalnya jamur dan bakteri. Rantai-rantai di atas tidak berdiri sendiri tapi saling berkaitan satu dengan lainnya sehingga membentuk jaring-jaring makanan.

Piramida EkologiAda 3 jenis piramida ekologi, yaitu piramida jumlah, piramida biomassa, dan piramida energi.a. Piramida jumlahOrganisme dengan tingkat trofik masing - masing dapat disajikan dalam piramida jumlah. Organisme di tingkat trofik pertama biasanya paling melimpah, sedangkan organisme di tingkat trofik kedua, ketiga, dan selanjutnya makin berkurang. Dapat dikatakan bahwa pada kebanyakan komunitas normal, jumlah tumbuhan selalu lebih banyak daripada organisme herbivora. Piramida jumlah ini di dasarkan atas jumlah organisme di tiap tingkat trofik. b. Piramida biomassaBiomassa adalah ukuran berat materi hidup di waktu tertentu. Untuk mengukur biomassa di tiap tingkat trofik maka rata-rata berat organisme di tiap tingkat harus diukur kemudian barulah jumlah organisme di tiap tingkat diperkirakan.Piramida biomassa berfungsi menggambarkan perpaduan massa seluruh organisme di habitat tertentu, dan diukur dalam gram. c. Piramida energi.Piramida energi yang dibuat berdasarkan observasi yang dilakukan dalam waktu yang lama. Piramida energi mampu memberikan gambaran paling akurat tentang aliran energi dalam ekosistem.

Glosarium TerjemahanExergy adalah Energy yang terubah menjadi Work, bukan kemudahan pengambilan energy. Jadi dalam aliran energy terkandung sejumlah "Exergy", dimana nilai exergy-nya bisa bertambah jika telah diketahui bagaimana memanfaatkan energy tsb menjadi kerja.

Katabolisme adalah reaksi pemecahan / pembongkaran senyawa kimia kompleks yang mengandung energi tinggi menjadi senyawa sederhana yang mengandung energi lebih rendah. Tujuan utama katabolisme adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di dalam senyawa sumber. Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolisme adalah peristiwa sintesis atau penyusunan. Anabolisme memerlukan energi, misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis, energi kimia untuk kemosintesis.

Trofik kaskade = ketika predator dalam jaring makanan menekan mangsanya, melepaskan tingkat trofik yang lebih rendah dari predasi

Biomassa adalah bahan organik yang terbuat dari tumbuhan dan hewan. Biomassa mengandung energi tersimpan yang berasal dari matahari. Tanaman menyerap energi matahari dalam proses yang disebut fotosintesis. Energi kimia dalam tumbuhan akan diteruskan ke hewan dan orang-orang yang memakannya.Biomassa adalah sumber energi terbarukan karena kita selalu dapat menanam lebih banyak pohon dan tanaman, dan sampah akan selalu ada. Beberapa contoh bahan bakar biomassa adalah kayu, tanaman, pupuk, dan beberapa jenis sampah.

Connectance: sejumlah tindakan dan statistik ringkasan digunakan untuk menggambarkan dan membandingkan jaring makanan

Pelagis: ikan yg hidup di lapisan permukaan perairan pantai atau di perairan pantai

bottom-up adj : suatu pendekatan untuk masalah yang dimulai dengan rincian dan bekerja sampai ke tingkat konseptual tertinggi

top-down adj : suatu pendekatan terhadap suatu masalah yang dimulai pada tingkat konseptual tertinggi dan bekerja sampai ke detail

kohort adalah suatu kelompok orang yang memiliki suatu pengalaman yang sama dalam suatu periode tertentu

Intraguild predasi, atau IGP, adalah membunuh dan makan dari pesaing potensial. Interaksi ini merupakan kombinasi dari predasi dan kompetisi, karena kedua spesies memanfaatkan sumber daya mangsa yang sama dan juga mendapat manfaat dari memangsa satu sama lain.